gps测量技术在农村公路的应用

1 / 12GPS 测量技术在农村公路的应用摘要:主要从 GPS 测量技术的工作原理、GPS 测量的特点及 GPS 测量技术在农村公路中的应用等进行论述。 关键词:GPS;农村公路;测量;误差 Abstract: The artical described GPS operation principle, GPS of measuring technology mainly measure the application of technology in the rural highway etc. Key words: GPS; rural highway; measurement; error 随着科学技术的不断发展,测量技术从传统的经纬仪+水准仪到全站仪+水准仪,再到 GPS 测量技术,经历了一个不断更新的过程。GPS 全球定位系统(Global Positioning System)是美国研制并在 1994 年投入使用的垒球卫星导航与定位系统。近年来,GPS 系统因具有全球性、全天侯、连2 / 12续性、实时性导航定位和定时功能,能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间等优点,其技术的应用已遍及我国国民经济的各个领域,特别是在公路测量的应用上已经较为普遍。GPS 系统在应有方面主要分为单点导航定位与相对测地定位,而对于常规测量而言,相对测地定位是主要的应用方式。在此,将重点谈谈 GPS 测量技术在农村公路的应用。 1GPS 测量技术的工作原理 相对测地定位是利用 L1 和 L2 载波相位观测值实现高精度测量,其原理是采用载波相位测量局域差分法:在接收机之间求一次差,在接收机和卫星观测历元之间求二次差,通过两次差分计算解算出待定基线的长度;求解整周模糊度是其关键技术,根据算法模型,设计了静态、快速静态以及 RTK等作业模式。而 RTK 技术代表着 GPS 相对测地定位应用的主流。 3 / 122GPS 测量的特点 GPS 系统是目前在导航定位领域应用最为广泛的系统,其可为各类用户连续提供动态目标的三维位置、三维速度及时间信息。GPS 测量主要特点如下: 功能多、用途广 GPS 系统不仅可以用于测量、导航,还可用于测速、测时。测速的精度可达 m/s,测时的速度可达几十毫微秒。其应用领域不断扩大。 定位精度高 一般双频 GPS 接收机基线解精度为 5 mm + 1 ppm,而红外仪标称精度为 5 mm+5 ppm,GPS 测量精度与红外仪相当,但随距离的增长,GPS 测量优越性愈加突出。大量试验证明,在小于 50 km 的基线上,其相对定位精度可达 1210-6,而在 100 km500 km 的基线上可达 10-610-7。 4 / 12实时定位 利用全球定位系统进行导航,即可实时确定运动目标的三维位置和速度,可实时保障运动载体沿预定航线运行,亦可选择最佳路线。特别是对军事上动态目标的导航,具有十分重要的意义。 观测时间短 采用 GPS 布设控制网时每个测站上的观测时间一般在 30 min40 min 左右,采用快速静态定位方法,观测时间更短。例如,使用 Timble4800 GPS 接收机的 RTK 法可在 5 s 以内求得测点坐标。 测站之间无需通视 这是 GPS 技术区别于常规测量的最大优点。常规测量技术需要保持良好的通视条件,又要保障测量控制网的良好图形结构。而 GPS 测量只要求测站 15以上的空间视野开阔,与卫星保持通视即可。其这一优点,使得在布设长大线路施工控制网时,可省去大量的传算点、过渡点的测量,5 / 12大大减少测量作业时间和费用,同时也使选点布网变得非常灵活。 操作简便 GPS 测量的自动化程度很高。目前,GPS 接收机已趋小型化和自动化,在观测中测量员只需打开 GPS 接收机、量取天线高、采集环境的气象数据、监视仪器的工作状态,而其他工作,如卫星的捕获、跟踪观测和记录等均由仪器自动完成,然后利用数据处理软件对数据进行处理,即求得测点三维坐标。观测结束时,仅需关闭电源,收好接机,便完成野外数据采集任务。 可提供全球统一的三维地心坐标 经典大地测量将平面和高程采用不同方法分别施测。在 GPS 测量中,在精确测定观测站平面位置的同时,可以精确测量观测站的大地高程。其这一特点,不仅为研究大地水准面的形状和确定地面点的高程开辟了新途径,同时也为其在航空物探、航空摄影测量及精密导航中的应用,提供了重要的高程数据。 6 / 12全天候作业 GPS 卫星较多,且分布均匀,保证了全球地面被连续覆盖,使得在地球上任何地点、任何时候进行项观测工作,通常情况下,除雷雨天气不宜观测外,一般不受天气状况的影响。 3GPS 测量技术在农村公路中的应用 农村公路调查内容 农村公路调查对象主要是县乡道路以及复合标准的村道,另外,还要对每个建制村道路的通达情况作相关的调查。在外业数据采集中主要采集的数据有各条道路的长度、路基路面宽、路面类型、所经过的村委以及村小学等标志性建筑的地理坐标、各起终点的坐标、名称以及各分段点的信息等。 7 / 12外业数据采集流程 准备工作 GPS 在农村公路测量中应用时,可采用“边采集、边录入”的现场数据采集模式,一般情况下,一个测量小组由1 人负责 GPS 接收机的开关以及掌上电脑的录入工作、1人负责相关数据和出现特殊情况时的记录工作、一名乡镇向导和一名司机共 4 人组成。 在采集工作出发之前,应先做好采集计划,如安排好采集行程;提前准备好已有的周边路线图作为采集底图,并打印一份供采集时参考;对需要采集的路线以及附属设施提前准备好相关已有的资料(如路线编号,起点名称,起点路基宽度及路面宽度,道路等级,路面性质,穿越了几个乡镇、建制村,沿线共有几座桥梁、大概在什么位置等),做到心中有数,提高采集效率。 在采集前,应先将 GPS 接收机与掌上电脑正确连接,然后通过蓝牙连接将 GPS 接收到的信号反映在掌上电脑上,并确保 GPS 连接和信息输出正常。 8 / 12主要操作 GPS 外业采集功能主要是实现公路路线、桥梁、隧道、渡口、乡镇、建制村等图形和属性一体化采集,具体包括采集新路线、路线分段、停止采集路线、继续采集路线、点采集(如桥梁、隧道、渡口、乡镇、建制村等位置和属性信息)等功能。在进行外业采集之前,在 GPS 采集子系统中主要操作有: (1)打开 GPS:GPS 接收机与计算机连接正常并输出有效的 GPS 数据后,通过“打开 GPS”功能,建立与 GPS 接收机的通信连接。 (2)关闭 GPS:在 e-Road 系统中断开与 GPS 接收机的通信连接,只有在打开了 GPS 后才能关闭。 (3)查看 GPS 状态:当打开 GPS 后,可查看 GPS 当前的状态,是否正常接收卫星信号,以及 GPS 输出的数据是否有效等信息。 (4)采集新路线:开始采集一条路线,记录该条路线的9 / 12线形、线位和调查指标信息,如果 GPS 已经打开并且定位后,就可以进行路线的采集。 (5)路线分段:当路线的调查指标发生变化且符合路线分段原则时,需要添加一个路段,在采集路线的过程中,在路线分界点叫司机停下,并点击计算机平面上点击“分段”按钮,并输入分段原因: 路面情况发生改变。同时还要输入分段点的相关信息。当然在其他路况发生改变时也要分段,比如路面宽度发生了明显改变,有分叉路的情况等。系统就会自动对路线进行分段。 (6)停止采集路线:在调查中还要标出各村村委以及村小学的地理坐标,在测量时只需在路线迄点处停止采集当前正在采集的路线,生成最后一个路段的讫点位置信息,并输入相关信息即可。 (7)继续采集路线:在路线采集的暂停位置继续采集路线的线形,如果在地图中存在没有采集完的路线,可以通过“继续采集路线”的功能,继续采集未采集完的路线。(8)点采集:实现公路沿线附属设施点(如桥梁、隧道、渡口等)以及乡镇、建制村、村小学等点的地理位置和属性信息一体化采集。 10 / 12通过上述功能操作,基本可以实现 GPS+PC 操作完美结合,在采集过程中,若因操作或人为走错路线等原因还可以进行对象属性编辑,现场及时修改或删除所采集数据信息。采集完毕 当天采集完毕后,首先要做好数据备份工作,建立以天为备份数据文件,同时备份到移动存储器中,以防计算机出现重大故障而使数据文件损坏,并及时将采集的数据进行必要的内业处理,防止因间隔时间过长,记录不准确,导致内业无法编辑等状况。 经验总结 (1)GPS 接收器本身时钟也存在误差和噪声,这些都影响定位的精确度。当出现比较明显的漂移时,测量人员应该叫司机先停下来,等指示箭头回归原点时再开始进行测量。 (2)当正在进行路线采集时,如果较长时间在某个地11 / 12方停顿或需要离开正在采集的路线去采集其他路线、沿线乡镇、建制村时,应先使用“停止采集路线”功能暂停正在采集的路线,再采集其他路线、沿线乡镇、建制村等,然后回到暂停的位置处使用“继续采集路线”功能按原采集方向继续采集被停止采集的路线。 (3)在采集过程中,应时刻关注 GPS 的信号,如果连续出现“GPS 无法定位”的提示时,应立即停止采集路线,以免丢失相关数据,甚至出现把数据导入 PC 机后出现乱码的情况。且测量人员应立即检查 GPS 的电池是否没电或是 GPS与计算机是否已断开连接等,待设备都已完好后,为确保数据的有效性,测量人员应进行返工。 (4)采集过程中,GPS 接收机和计算机不能离得太远(一般是 10 m 以上),以避免计算机无法接收 GPS 传过来的信号以致数据丢失。 (5)采集过程中,如测量人员下车去测标识物后,司机不能将车开动,以免出现当测量人员回来后重新测量时原点发生了改变,从而出现相应的误差的情况。 (6)采集过程中,车速不能太快,一般控制在 40 12 / 12km/h60 km/h,尽量靠着路的中间行驶,